Messtechnik-Tipp
Signalerzeugung & Signalanalyse.
Leistungsprüfung und Fehlersuche in der digitalen Kommunikation. Die tatsächliche Leistung Ihres Prüflings erkennen Sie nur mit den richtigen Analysetools. HF-Transmitter und Receiver beispielsweise lassen sich mit einem High-Performance-Prüfsystem aus Signalgenerator und Spektrumanalysator testen. Erfahren Sie hier, wie ein optimales Prüfsystem Ihre Messaufgaben in der Entwicklung unterstützt.
dataTec Redaktion
Signal-Generator.
Oszillator-Nachbildung
Während der Entwicklung von Transmitter- und Receiver-Systemen für die Hochfrequenz-Anwendung kann ein Signalgenerator den lokalen Oszillator (LO) sowie taktgebende Subsysteme nachbilden. Der Signalgenerator bietet hierfür idealerweise ein möglichst geringes Phasenrauschen und nur minimale Störsignale, damit Sie die Systemleistung korrekt beurteilen können, bevor entsprechende Subsysteme ergänzt werden.
Verstärkertest
Bevor ein Verstärker in ein Design integriert wird, sollte dessen Leistung genau geprüft werden. Entsprechende Messungen erfolgen typischerweise mit einem Signalgenerator und einem HF-Powersensor. Hierbei wird der Eingang zum Verstärker, d. h. der Ausgang vom Signalgenerator, variiert und die Leistung mit dem Leistungssensor gemessen. Die Ergebnisse lassen sich direkt am Signalgenerator ablesen.
Prüfung der Empfängerempfindlichkeit auf HF-Störsignale
Während der tatsächlichen Nutzung eines Gerätes erscheinen oftmals Störsignale im Spektrum. Diese beeinträchtigen u. U. die Fähigkeit eines Receivers, Signale korrekt zu empfangen. Um die Geräte-Performance bei Anwesenheit eines Störsignals zu überprüfen, kann der Output von zwei Signalgeneratoren kombiniert und der Prüfling damit beaufschlagt werden.
Spektrum-Analysator.
Frequenz- und Leistungsprüfung von HF-Sendern
Mit einem Spektrumanalysator (Signalanalysator) werden HF- oder modulierte Signale getestet. Ein Oszilloskop kommt hingegen für Basisband-Signale zum Einsatz. Spektrumanalysatoren sind sozusagen Schmalband-Analysatoren, die Ihre Messanforderungen beim Test von HF-Transmittern voll erfüllen können. Bei der Charakterisierung von HF-Komponenten gehört die Frequenz- und Leistungsmessung zu den primären Prüfparametern.
Messung von Verzerrung und Störemission
Entwickler im Bereich der drahtlosen Kommunikation müssen unerwünschte Störemissionen wie z. B. die zweite und dritte Harmonische oder die TOI (Intermodulation dritter Ordnung) überwachen, da solche Verzerrungen die Leistung anderer Systemkomponenten beeinträchtigen können. So wird heutzutage fast jedes elektronische Gerät auf dem Markt nach den CISPR-Standards auf seine Emissionswerte überprüft. Zudem muss sichergestellt sein, dass die vorgeschriebenen Frequenzen und Bandbreiten eingehalten werden.
Rauschen
In vielen Fällen ist das Zielsignal ein Low-Level-Signal. Jede aktive Schaltung erzeugt aber auch Rauschsignale, die das Nutzsignal überlagern. Tests zur Ermittlung von Rauschfaktor, Signal-Rausch-Verhältnis (Signal-to-Noise Ratio, SNR) u. a. sind unerlässlich, um die Leistung eines Gerätes zu charakterisieren und die Auswirkung der Rauschsignale auf das Gesamtsystem zu beurteilen.
Modulation
Ein moduliertes Signal muss gegebenenfalls demoduliert werden, um die Leistung eines HF-Transceivers mit seinen Sollvorgaben abgleichen zu können. Der Signalgenerator N5166B CXG bietet Ihnen einen I/Q-Modulator, um digitale Signale zu emulieren und zu übertragen. Damit wird er allen Messanforderungen in den Bereichen IoT, WiFi etc. gerecht.
PIM-Messung
Passive Intermodulation (PIM) tritt auf, wenn zwei oder mehr Hochfrequenz-Signale auf nichtlineare Übertragungskomponenten wie Stecker, Schraubverbindungen etc. treffen, z. B. die HF-Sendefrequenzen einer Mobilfunk-Basisstation. Hierbei kommt es zur Signalmischung, wodurch neue Signale erzeugt werden. Geraten diese PIM-Signale in das Empfangsband (Rx) der Mobilfunk-Basisstation, erhöht sich das Grundrauschen. Es kommt zu vermehrten Verbindungsabrissen und niedrigeren Datenraten. PIM-Messungen sind erforderlich, um die Qualität und Leistung einer Funkübertragung zu optimieren.
Frequenzgang-Messung
CXA & CXG von Keysight. Das Prüfsystem für Ihre Signale.
Transmitter und Receiver entwickeln und testen mit einem High-Performance-Prüfsystem von Keysight: Analysieren Sie die Leistung Ihres Designs mit dem Signal-Generator N5166B CXG und dem Spektrum-Analysator N9000B CXA.
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Warum es auf den Signalgenerator ankommt.
Frequenz und Amplitude
Der spezifizierte Frequenzbereich des Signalgenerators gibt an, welche Frequenzen grundsätzlich erzeugt werden können. Die Frequenz- und Amplitudengenauigkeit gehört ebenfalls zu den allgemeinen Spezifikationen eines Signalgenerators. Sie beschreibt, wie nah der reelle Output am eingestellten Sollwert liegt. Die Frequenz- und Amplituden-Schaltgeschwindigkeit definiert, wie schnell der Signalgenerator vom einen Wert zum nächsten umschalten kann. Mit diesen Spezifikationen entscheidet sich, ob ein Signalgenerator für Ihre Anwendungen geeignet ist.
Spektrale Reinheit
Die spektrale Reinheit beschreibt die Eigenstabilität eines Signals. Stabilitäten können kurz- oder langfristig sein, wobei das größere Interesse der kurzfristigen Stabilität bzw. den Frequenzänderungen in weniger als einer Sekunde gilt. Die spektrale Reinheit ist wichtig für Mobilfunk-Tests, Selektivitätstests von HF-Receivern oder für Anwendungen bei der Oszillatorsubstitution. Übliche Spezifikationen für die spektrale Reinheit sind in der folgenden Abbildung zu sehen.
Warum es auf den Spektrum-Analysator ankommt.
Frequenzbereich
Spektrumanalysatoren sind Schmalband-Analysatoren, die jedoch in ihren Einstellungen flexibel sind. Daher können sie einen größeren Frequenzbereich abdecken als Oszilloskope.
Frequenz und Amplitude – Wie genau ist Ihr Messergebnis?
Die Frequenz- und Amplitudengenauigkeit beeinflussen die Mess(un)sicherheit. Die Frequenzgenauigkeit wird durch verschiedene Faktoren bestimmt: Frequenzreferenz-Genauigkeit, Messspanne, Auflöse-Bandbreite (Resolution Bandwidth, RBW) und horizontale Auflösung.
Amplitudengenauigkeit
Auch die Amplitudengenauigkeit ist von diversen Faktoren abhängig: Anschluss am Eingang (Fehlanpassung), HF-Eingangsdämpfer, Welligkeit von Mischer und Eingangsfilter, Zwischenfrequenz-Verstärkung/-Dämpfung (Referenzpegel), RBW-Filter, Wiedergabetreue der Anzeigeskala und Kalibratorgenauigkeit (absolute Genauigkeit).
Analysebandbreite (RBW)
IF-Filter: Durch eine breite Palette an variablen Einstellmöglichkeiten für die Analysebandbreite (Resolution Bandwidth, RBW) kann der Signal-Analysator optimal auf die Sweep- und Signalbedingungen abgestimmt werden. Damit gelingt Ihnen der ideale Abgleich zwischen der Frequenzselektivität (d. h. die Fähigkeit, Signale aufzulösen), dem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und der Messgeschwindigkeit.
Je schmaler die RBW ist, desto besser lassen sich mit dem Spektrum-Analysator eng beieinander liegende Signale unterscheiden.
Empfindlichkeit
Der angezeigte durchschnittliche Rauschpegel (Displayed Average Noise Level, DANL) ist ein Indikator dafür, wie gut der Spektrumanalysator auch kleine Signale messen kann. Die Empfindlichkeit spezifiziert das kleinste, messbare Signal. Das angezeigte Rauschen ist eine Funktion der IF-Filterbandbreite; es nimmt mit abnehmender RBW ab. Die Sensitivität Ihres Signalanalysators erhöht sich mit der Einstellung einer möglichst kleinen Analyse-Bandbreite.
Dynamikbereich
Der Dynamikbereich (Einheit in dB) ist das Verhältnis der größten gemessenen Signalstärke zur kleinsten zeitgleich gemessenen Signalstärke. Die untere Grenze des messbaren Bereiches begründet sich u. a. im Grundrauschen, das die kleinsten Nutzsignale überlagert. Das maximal generierbare Signal des verwendeten DUT begrenzt den Dynamikbereich nach oben.
HF-Receiver für die digitale Kommunikation – Leistungsprüfung und Fehlersuche mit dem Signalgenerator.
Kanalprüfung
Ein In-Channel-Test misst die Empfindlichkeit des HF-Empfängers. Die Empfindlichkeit spezifiziert den minimalen Signalpegel für einen bestimmten Prozentsatz an Fehlern in den demodulierten Informationen.
Gleichkanal-Immunitätstest
Die Gleichkanal-Störfestigkeitsprüfung (Co-Channel Immunity Test) ähnelt einem Empfindlichkeitstest. Es wird der Pegel der Signalverzerrung bei Vorhandensein eines Störsignals auf dem gleichen HF-Kanal überwacht. Die Immunität beschreibt die Fähigkeit eines HF-Empfängers, selektiv auf das gewünschte Nutzsignal zu reagieren, während der Empfänger einem Störsignal ausgesetzt ist.
Kanalexterne Signale
Out-of-Channel-Tests verifizieren die korrekte Funktion eines HF-Receivers bei Vorhandensein kanalexterner Signale und überwachen dessen Störempfindlichkeit gegen intern erzeugte Fehlantworten (spurious responses). Die Performance eines HF-Empfängers lässt sich im Wesentlichen über die Störfestigkeit, die Intermodulationsimmunität und die Nachbarkanal-Selektivität überprüfen.
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